申請(qǐng)日2014.11.03
公開(kāi)(公告)日2015.01.28
IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/14
摘要
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置,本發(fā)明涉及處理難降解廢水的裝置。本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)處理有毒廢水效率低、毒性耐受能力弱,并且缺乏穩(wěn)定性的問(wèn)題。本裝置由反應(yīng)器主體、蓋板、布水板、鈦絲、陰極、陽(yáng)極、參比電極、電阻和電源組成;其中,反應(yīng)器主體下部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)進(jìn)水口,反應(yīng)器主體上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)出水口,集氣孔設(shè)置在反應(yīng)器主體的頂端,采樣口設(shè)置在反應(yīng)器主體的正面;布水板、陰極和陽(yáng)極設(shè)置在反應(yīng)器主體的內(nèi)部,陽(yáng)極高于陰極。本發(fā)明采用一體式無(wú)隔膜厭氧-生物催化電解系統(tǒng),具有厭氧生物法和生物電化學(xué)法的特點(diǎn),成本低,容積負(fù)荷高。本發(fā)明裝置用于處理難降解有毒廢水。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置,其特征在于該裝置 由反應(yīng)器主體(1)、蓋板(2)、布水板(3)、鈦絲(4)、陰極(5)、陽(yáng)極(6)、參比電極 (7)、電阻(8)和電源(9)組成;其中,反應(yīng)器主體(1)下部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)進(jìn)水 口(1-1),反應(yīng)器主體(1)上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)出水口(1-2),集氣孔(1-3)設(shè)置在 反應(yīng)器主體(1)的頂端,采樣口(1-4)設(shè)置在反應(yīng)器主體(1)的正面;布水板(3)、陰 極(5)和陽(yáng)極(6)設(shè)置在反應(yīng)器主體(1)的內(nèi)部,陽(yáng)極(6)高于陰極(5),布水板(3) 靠近進(jìn)水口(1-1),陰極(5)、電阻(8)、電源(9)和陽(yáng)極(6)通過(guò)鈦絲(4)依次連接, 參比電極(7)插入反應(yīng)器主體(1)設(shè)置在陰極(5)和陽(yáng)極(6)之間,蓋板(2)和反應(yīng) 器主體(1)的四周均設(shè)有螺孔,反應(yīng)器主體(1)和蓋板(2)通過(guò)螺釘穿過(guò)螺孔組成一體 結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝 置,其特征在于陰極(5)由鈦絲(4)串聯(lián)8個(gè)碳刷組成,刷子的直徑25為mm、長(zhǎng)度為 40mm;陽(yáng)極(6)由鈦絲(4)串聯(lián)8個(gè)碳刷組成,刷子的直徑為25mm、長(zhǎng)度為40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝 置,其特征在于鈦絲(4)的直徑為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝 置,其特征在于進(jìn)水口(1-1)、出水口(1-2)、集氣孔(1-3)和采樣口(1-4)的內(nèi)徑為5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝 置,其特征在于布水板(3)板體設(shè)有孔洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝 置,其特征在于反應(yīng)器主體(1)由有機(jī)玻璃制成。
說(shuō)明書(shū)
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及處理難降解廢水的裝置。
背景技術(shù)
近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,作為經(jīng)濟(jì)支柱的工業(yè)行業(yè)發(fā)展尤為迅猛,由此帶 來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重,其中的廢水問(wèn)題成為環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。工業(yè)廢水 主要特定有:來(lái)源復(fù)雜,水質(zhì)水量波動(dòng)大,含有大量有毒性、難生物降解的污染物等。雖 然工業(yè)廢水的處理技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年、若干代的發(fā)展,出現(xiàn)了一批成型的、已廣泛應(yīng)用的處 理技術(shù),但是仍然難以應(yīng)對(duì)日益增加的高濃度、難降解、具有生物毒性的廢水。缺乏處理 效率高、毒性耐受能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠的處理技術(shù)和工藝設(shè)備是環(huán)境保護(hù)和廢水治理領(lǐng)域的 瓶頸。
傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理技術(shù)主要包括物理化學(xué)法和生物法兩大部分,其中物理化學(xué)法雖 然對(duì)一些污染物的處理效率極高,但是成本高,操作條件苛刻,需要投加大量的化學(xué)藥劑, 產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物,易造成二次污染,嚴(yán)重限制物理化學(xué)法在大規(guī)模工業(yè)廢水處理中 的應(yīng)用。生物法,尤其是厭氧生物法是目前普遍采用的工業(yè)廢水治理技術(shù),其利用微生物 新陳代謝過(guò)程產(chǎn)生的酶將復(fù)雜的,難以降解的污染物分解成小分子易生物降解的有機(jī)物, 有的微生物可以直接利用復(fù)雜有機(jī)物作為碳源,用于自身生長(zhǎng);此外,也可以通過(guò)馴化微 生物,將廢水中的污染物定向富集回收加以利用;亦可將廢水中的高濃度有機(jī)物以甲烷和 氫氣等形式回收作為清潔能源。厭氧生物處理技術(shù)具有無(wú)需添加化學(xué)藥劑,無(wú)需曝氣,可 以回收能源,成本低廉等優(yōu)勢(shì),但是也存在以下不足:
(1)速度慢
厭氧生物反應(yīng)可以降解水中的大部分污染物,承受較大的進(jìn)水負(fù)荷,但由于厭氧生物 自身新陳代謝過(guò)程緩慢,導(dǎo)致工藝水力停留時(shí)間長(zhǎng),降解負(fù)荷較低,因此,厭氧生物工藝 速度慢,占地面積大,常常需要與好氧或物化工藝聯(lián)合來(lái)進(jìn)一步去除厭氧出水中的有機(jī)物 (COD)及其它污染物。
(2)調(diào)控難度大
生物厭氧降解有機(jī)廢水過(guò)程非常復(fù)雜,常常需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的馴化才能演替出適合 的微生物群落,通過(guò)協(xié)同作用才能完成對(duì)污染物的去除,然而工業(yè)廢水水質(zhì)和水量變化大, 極易形成沖擊負(fù)荷,對(duì)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。因此,厭氧處理工藝的調(diào)控長(zhǎng)久以來(lái)都 是廢水生物處理的難題。
綜上所述,我們需要對(duì)現(xiàn)有的厭氧工藝進(jìn)行改進(jìn),以提高工業(yè)廢水的處理效率,強(qiáng)化 廢水中難降解污染物的轉(zhuǎn)化和去除,降低操控難度,提高工藝穩(wěn)定性。
生物電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用潛力
微生物產(chǎn)電現(xiàn)象很早就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn),上世紀(jì)九十年代以來(lái),以微生物燃料電池 (MFC)為代表的生物電化學(xué)技術(shù)因其既能降解廢水中的污染物,同時(shí)還能產(chǎn)生電能成 為環(huán)境污染治理和能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域競(jìng)相研究的熱點(diǎn)技術(shù)。之后的研究中發(fā)現(xiàn)在外加電壓的作 用下,生物電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)廢水中的難降解污染物具有定向轉(zhuǎn)化能力。生物電化學(xué)過(guò)程的本 質(zhì)是:陽(yáng)極上的嗜電極微生物氧化有機(jī)物并通過(guò)胞外電子傳遞鏈將電子通過(guò)外電路轉(zhuǎn)移到 陰極,通過(guò)微生物的催化和電化學(xué)反應(yīng)去除水中的污染物,如:偶氮染料脫色,抗生素脫 鹵,硝基還原,重金屬還原等。
生物電化學(xué)工藝的優(yōu)勢(shì)有:
(1)生物電化學(xué)工藝所需的共基質(zhì)(有機(jī)碳源)量顯著低于傳統(tǒng)工藝;
(2)對(duì)難降解物質(zhì)的去除效率高,速率快;
(3)相比傳統(tǒng)的電化學(xué)工藝,成本低,條件溫和。
目前,在生物電化學(xué)降解偶氮染料,含氯、氟抗生素,硝基芳香烴類(lèi)污染物處理方面 顯示該工藝具有巨大的應(yīng)用潛力。但是在研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)生物電化學(xué)工藝存在一些問(wèn) 題,如只能利用簡(jiǎn)單底物作為電子供體,對(duì)成分復(fù)雜的污染物作為電子時(shí)效能受限明顯。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)處理有毒廢水效率低、毒性耐受能力弱,并且缺乏穩(wěn)定性的問(wèn) 題,而提供一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置。
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置,由反應(yīng)器主體、蓋板、 布水板、鈦絲、陰極、陽(yáng)極、參比電極、電阻和電源組成;其中,反應(yīng)器主體下部的左右 兩側(cè)各設(shè)一個(gè)進(jìn)水口,反應(yīng)器主體上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)出水口,集氣孔設(shè)置在反應(yīng)器 主體的頂端,采樣口設(shè)置在反應(yīng)器主體的正面;布水板、陰極和陽(yáng)極設(shè)置在反應(yīng)器主體的 內(nèi)部,陽(yáng)極高于陰極,布水板靠近進(jìn)水口,陰極、電阻、電源和陽(yáng)極通過(guò)鈦絲依次連接, 參比電極插入反應(yīng)器主體設(shè)置在陰極和陽(yáng)極之間,蓋板和反應(yīng)器主體的四周均設(shè)有螺孔, 反應(yīng)器主體和蓋板通過(guò)螺釘穿過(guò)螺孔組成一體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明裝置流態(tài)呈升流式,無(wú)隔膜,污泥層形成的厭氧區(qū)域在下部,生物催化電解系 統(tǒng)的電極置于厭氧污泥層上方;每個(gè)電極由8個(gè)碳刷串聯(lián)而成,分兩排排列,填充裝置的 橫截面,防止短流;鈦絲作為電流收集器伸出反應(yīng)器,并用熱縮管包裹,避免短路;陽(yáng)極 預(yù)先原位富集具有生物電化學(xué)活性的微生物,形成具有穩(wěn)定產(chǎn)電能力的生物膜后,再于裝 置底部填充厭氧污泥床;
所述的陽(yáng)極在反應(yīng)器中原位啟動(dòng),富集具有生物電化學(xué)活性的生物膜,而后在裝置底 部接種污泥形成耦合工藝系統(tǒng);本發(fā)明裝置處理的難降解廢水為含有偶氮染料(茜素黃) 的廢水,難降解污染物是指復(fù)雜的,有生物毒性的,生物降解性差且具有環(huán)境污染性的物 質(zhì)。
本發(fā)明升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置,將生物電化學(xué)工藝 與傳統(tǒng)的升流式厭氧處理工藝耦合,充分發(fā)揮厭氧工藝耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),能降解大分子 難降解化合物的特點(diǎn),以及生物電化學(xué)工藝處理效率高,出水水質(zhì)好的優(yōu)勢(shì)。其中電極材 料采用石墨纖維綁制成的刷子,并以綁制刷子的鈦絲作為電子傳導(dǎo)材料。相比于其它的三 維電極材料,如石墨顆粒電極,本發(fā)明中石墨纖維做成電極有明顯優(yōu)勢(shì),相同電極體積具 有較大的表面積,負(fù)載更多的微生物,產(chǎn)生較大的催化電流,自身重量較輕,在日后工藝 放大過(guò)程中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,施工難度小。本發(fā)明中的電極能夠按照需要改變安裝高度,根據(jù)水 質(zhì)自由靈活調(diào)整。電極排布方式為陽(yáng)極在上,陰極在下,可以充分發(fā)揮陰極降解污染物的 作用,同時(shí)解除難降解物質(zhì)對(duì)陽(yáng)極產(chǎn)電微生物的毒性作用。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用一體式無(wú)隔膜厭氧-生物催化電解系統(tǒng),具有厭氧 生物法和生物電化學(xué)法的特點(diǎn),成本低,容積負(fù)荷高;本發(fā)明所采用的電極材料為廉價(jià)的 石墨纖維刷,比表面積大,生物掛膜效果好;本發(fā)明將生物催化電解系統(tǒng)的陽(yáng)極和陰極沿 廢水升流方向上下分布,陰極在下,陽(yáng)極在上,利于充分發(fā)揮陰極強(qiáng)大的污染物降解能力, 保護(hù)陽(yáng)極;本發(fā)明中的生物催化電解系統(tǒng)所采用的電極可以根據(jù)需要調(diào)整在工藝系統(tǒng)中的 位置,更具靈活性。
本發(fā)明升流式厭氧-生物催化電解耦合強(qiáng)化難降解廢水處理裝置用于處理難降解有毒 廢水。